Leberkügelchen statt Tierversuche

Eine Volksinitiative will Tierversuche ganz abschaffen. Einigen ist das zu radikal. Ein Zürcher Unternehmen arbeitet an einer Alternative, mit der neue Medikamente an 3D-Zellgewebe getestet werden kann.

Andreas Lorenz-Meyer
Drucken
Teilen
An den Leberkügelchen kann die Wirkung der Medikamente getestet werden. (Bild: InSphero)

An den Leberkügelchen kann die Wirkung der Medikamente getestet werden. (Bild: InSphero)

Mäuse, Ratten, Hunde müssen herhalten, um Wirkstoffe auf ­unerwünschte Nebenwirkungen beim Menschen zu testen. Zwar wurden laut Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen hierzulande im Jahr 2017 über 100000 Tiere weniger für Tierversuche eingesetzt als im Jahr 2008. Es waren aber immer noch rund 615000.

Als ethische Richtlinie gilt der 3R-Grundsatz. Die drei R stehen für Refine (Versuche verbessern, damit die Tiere weniger leiden müssen), Reduce (die Zahl der Tiere in Versuchen verringern) und Replace (Versuche ganz vermeiden). Laura Suter-Dick, Professorin am Institut für Chemie und Bioanalytik der Hochschule für Life Sciences FHNW, hat vor allem das R für Replace im Blick. Im Labor züchtete sie künstliche Miniorgane, die für Medikamententests geeignet wären und Mäuse oder Ratten als Versuchstiere ersetzen könnten.

Grundlage sind humane Zelllinien, menschliche Zellen einer Gewebeart, die sich in Zellkulturen unendlich vermehren. Das Entscheidende: Das Zellgewebe ist dreidimensional. Die Voraussetzung für Wirkstofftests, da echte Organe nun einmal dreidimensionale Gebilde sind. Suter-Dick konzentriert sich auf zwei Organe: Leber und Niere. Beide kommen bei Tierversuchen besonders intensiv mit den Wirkstoffen in Berührung.

Gifte werden in der Leber abgebaut

«Die Leber ist verantwortlich für den metabolischen Abbau von Fremdsubstanzen. Deshalb wird sie primär den toxischen Substanzen ausgesetzt. Auch bei der Niere, die sich um das Ausscheiden von toxischen Substanzen kümmert, kommt es zu einer hohen Konzentration von Abbauprodukten, die das Organ schädigen könnten.» Eventuelle Nebenwirkungen von Medikamenten treten meist zuerst bei diesen Organen auf. Das kann schwerwiegende Folgen wie Leber- oder Nierenversagen haben, die unter Umständen sogar zum Tod ­führen.

Um die Dreidimensionalität hinzubekommen, wurden die humanen Ausgangszellen in einer tropfenförmigen Nährflüssigkeit gelagert. Was dort passiert, erklärt Suter-Dick so: «Lebendige Zellen sind von Natur aus darauf programmiert, mit anderen Zellen in Verbindung zu treten. Sie wissen sozusagen, dass sie nicht als einzelne Zelle leben können.» Gibt man ihnen eine harte Oberfläche aus Plastik wie bei der ­Petrischale, bekomme man nur ­etwas Zweidimensionales. «Lässt man die Zellen dagegen hängen wie in unseren Tröpfchen aus Nährflüssigkeit, bilden sie Zellverbunde, also Mikrogewebe.» Im Fall der Leberzellen sind es winzige Kügelchen, die Nierenzellen formen sich zu Röhrchen. Leberkügelchen und Nierenröhrchen – beide sind dreidimensional.

Wie in einer echten Leber

Aber das ist, zumindest bei der Leber, nicht das einzige Neue. Die Leberkügelchen beinhalten auch alle wichtigen Leberzelltypen, darunter die Hepatozyten, aus denen das Organ zu 80 Prozent besteht. Wie in einer echten Leber kommunizieren die Zelltypen miteinander – und das führt bei der Wirkstoffprüfung zu realistischen Reaktionen.

Bei der Leber arbeitet Suter-Dick mit dem Unternehmen InSphero aus Schlieren zusammen. Es entwickelt aus humanen Zellen 3D-Gewebe, mit dem sich die Wirkung von Medikamenten auf den Menschen überprüfen lässt. Darunter das Lebermodell mit allen relevanten Leberzelltypen. Lebertoxikologie ist einer der Schwerpunkte von InSphero. «Heute sind lebertoxische Effekte immer noch für 35 Prozent ­aller Nebenwirkungen beim ­Patienten verantwortlich», sagt CEO Jan Lichtenberg.

"Wir sehen einen starken Trend hin zum Ersatz des Tierversuchs"

Zweiter Schwerpunkt sind metabolische Krankheiten, also die Suche nach neuen Medikamenten gegen Diabetes Typ 1 und 2 sowie gegen Leberkrankheiten oder NASH (nichtalkoholische Steatohepatitis) – eine ­stille Epidemie, durch die heute bereits zwanzig Millionen US-Ameri­kaner gefährdet sind. Drittens arbeitet InSphero an Lösungen für die Onkologie.

Zum Thema Tierversuche ­ersetzen sagt Lichtenberg, dass Tierversuche zwar weiterhin regulatorisch verlangt würden und sich viele systemische Aspekte noch nicht durch In-vitro-Modelle ausreichend untersuchen liessen. «Dennoch sehen wir einen starken Trend hin zum Ersatz des Tierversuchs, da In-vitro-Systeme in manchen Fällen viele Monate Zeit sparen können.» Besonders für biologische Wirkstoffe seien sie auch genauer in der ­Vorhersage der Wirksamkeit des Medikaments.

Den ganzen Körper auf einem Chip

Als nächste Alternative werden «Body-on-a-Chip»-Lösungen kommen. Im Gegensatz zu «Organ-on-a-Chip»-Anwendungen umfassen sie nicht ein Organ, sondern mehrere. Ziel ist es, die Reaktion des ganzen Körpers auf ein Medikament vorhersagen zu können. Body-on-a-Chip werde stark nachgefragt, sagt Lichtenberg, und mit dieser Plattform könne die Firma theoretisch heute schon bis zu zehn verschiedene Gewebe miteinander kombinieren. Weil Niere, Leber, Darm alle verschieden auf einen Wirkstoff reagierten, sei das Verfahren aber komplex und noch nicht praktikabel.

Künftig erwartet Lichtenberg noch robustere Systeme durch biochemische Sensoren und weitere Verfeinerungen. «So werden wir dem ganzen menschlichen Körper auf einem Chip immer näher kommen.» Damit könnte auch die Zahl der Tierversuche weiter signifikant sinken.

Body-on-a-Chip braucht noch viel Forschung, ergänzt Laura Suter-Dick. Tierversuche komplett zu ersetzen, werde vielleicht nie möglich sein. «Tiermodelle waren vorher der einzige Weg, etwas zu testen. Humane Zellen sind eine menschennahe Alternative. Uns interessiert am Ende der Mensch, der Patient. Aber wenn wir vorab Substanzen, die nichts taugen, durch In-vitro-Versuche mit humanen Zellen ausschliessen können, ersparen wir sehr vielen Tieren die Ver­suche.»